СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТВЭЛА ДИСПЕРСИОННОГО ТИПА Российский патент 1997 года по МПК G21C21/02 

Изобретение относится к технологии изготовления тепловыделяющих элементов (твэлов) и может быть использовано в ядерной энергетике.

Основными операциями технологии изготовления твэлов дисперсионного типа независимо от выбранного метода являются: изготовление сердечника, заключение его в оболочку, соединение сердечника с оболочкой и герметизация оболочки. При этом важным является достижение надежного контакта сердечника с оболочкой для обеспечения максимального теплосъема во время работы твэла [1]
Известно несколько технологических схем изготовления твэлов дисперсионного типа, сводящихся к различным вариантам получения дисперсионного топливного сердечника, способа заключения его в оболочку и создания контакта (сцепления) сердечника с оболочкой [1]
Сердечники изготавливаются методом плавки и литья, а также методом порошковой металлургии. Наиболее распространенными методами соединения сердечника с оболочкой являются: метод прокатки, метод совместного выдавливания и метод волочения. При этом твэлу придаются размеры, близкие к конечным.

Основными недостатками указанных выше способов являются технологические сложности, связанные:
с необходимостью отдельного изготовления сердечников с определенными механическими, физическими свойствами и геометрией, кроме того, в каждом методе изготовления сердечника имеются свои недостатки и трудности;
с изменением первоначально заложенных в оболочку механических, физических и геометрических параметров оболочки после ее механического формоизменения;
с негарантированным сцеплением оболочки с сердечником.

Перед автором стояла задача создания способа изготовления дисперсионного твэла, лишенного указанных недостатков. Поставленная задача решается тем, что дисперсионную композицию получают помещением в оболочку в соответствующих долях материала матрицы и частиц делящегося материала с последующим зонным переплавом материала матрицы при непрерывной подпитке зоны расплава составляющими дисперсионной композиции и вибрировании. Причем составляющие дисперсионной композиции могут загружаться в оболочку в виде смеси частиц или брикетов. Материал матрицы могут помещать в оболочку в виде пустотелой втулки, а частицы делящегося материала засыпают в полость втулки. Втулка из материала матрицы может быть выполнена составной. Таким образом достигается указанный технический результат.

Изобретение осуществляют следующим образом.

В оболочку будущего твэла, загерметизированного с одного конца, загружаются совместно в соответствующих количествах материал матрицы и делящийся материал в виде крупки. Например, это можно сделать в виде смеси крупки того и другого материалов. Такую сборку в вертикальном положении пропускают через нагреватель, где по мере прохождения сборки происходит локальное зонное плавление матричного материала и распределение крупки делящегося материала в зоне расплава (в матрице). По мере выхода сборки из зоны нагревателя происходит направленная кристаллизация матричного материала, обеспечивающая беспористую матрицу и надежное металлургическое сцепление дисперционной композиции с внутренней поверхностью оболочки твэла. Для надежного обеспечения подпитки зоны расплава составляющими и равномерно-плотного распределения крупки в матрице сборку вибрируют. Процесс ведется в вакууме. Герметизация второго конца твэла осуществляется методами сварки после соответствующей механической и химической подготовки.

Возможны другие разновидности осуществления данного технического решения, отличающиеся способами загрузки в оболочку составляющих, а именно:
1. Загрузку составляющих выполняют в виде прессованных брикетов без предъявления к ним каких-либо требований кроме соответствующего содержания матричного и делящегося материалов.

2. Матричный материал в виде пустотелой втулки загружается на всю длину будущего твэла, а крупка делящегося материала засыпается в полость втулки. Избыток крупки размещается в верхней технологической насадке. При этом должно выполняться условие: площадь поперечного сечения втулки матричного материала должна соответствовать суммарной площади матричного материала в сечении топливной композиции. Загрузка матричного материала возможна отдельными втулками.

Использование изобретения позволит повысить эффективность и надежность способа изготовления твэла дисперсионного типа.

Использование: изобретение относится к технологии изготовления тепловыделяющих элементов (твэлов) и используется в ядерной технике. Сущность изобретения: в способе изготовления твэла дисперсионного типа дисперционную композицию получают помещением в оболочку в соответствующих долях материала матрицы и частиц делящегося материала с последующим зонным переплавом материала матрицы при непрерывной подаче в зону расплава составляющих дисперсионной композиции и вибрировании. 4 з.п. ф-лы.

1. Способ изготовления твэла дисперсионного типа, включающий получение дисперсионной композиции, заключение дисперсионной композиции в оболочку, сцепление дисперсионной композиции с оболочкой с последующей герметизацией твэла, отличающийся тем, что дисперсионную композицию получают помещением в оболочку в соответствующих долях материала матрицы и частиц делящегося материала с последующим зонным переплавом материала матрицы при непрерывной подпитке зоны переплава составляющими дисперсионной композиции и вибрировании. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что составляющие дисперсионной композиции загружают в оболочку в виде смеси частиц. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что материал матрицы помещают в оболочку в виде пустотелой втулки, а частицы делящегося материала засыпают в полость втулки. 4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что втулку из материала матрицы выполняют составной. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что составляющие дисперсионной композиции помещают в оболочку в виде брикетов.